KR101635322B1

KR101635322B1 - 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템

Info

Publication number: KR101635322B1
Application number: KR1020150146508A
Authority: KR
Inventors: 나규동
Original assignee: 나규동
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2016-06-30

Abstract

본 발명은 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템에 관한 것으로서, 축사 내부에 설치되어 외기를 축사 내부로 공급하는 공급관; 축사 내부에 설치되어 축사 내부의 온실가스를 외부로 배기시키는 배기관; 및 축사의 외측에 구비되어 공급관과 배기관이 각각 연결되는 열교환기;를 포함하고, 열교환기 내부에는 공급관과 연통되는 흡기관로와, 배기관과 연통되는 배기관로가 각기 다른 관로로 형성되고, 흡기관로에는 흡기팬이 구비되며, 배기관로에는 배기팬이 구비되는 환기시스템을 제공한다.

Description

이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템{Ventilation System With CO2 And O2 Capture Module}

본 발명은 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축사의 환기를 수행하는 동시에 배기되는 공기 중에서 이산화탄소와 산소를 각각 포집하고 축사로 공급되는 외기 중에 포집한 산소를 공급하여 주는 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템에 관한 것이다.

일반적인 농가에서는 농산물 생산 이외에도 축사를 이용해 소, 돼지, 닭과 같은 가축을 사육하여 경제적인 수익을 창출하고 있다.

그런데, 이러한 가축들의 호흡과 사료와 물의 섭취에 따른 분뇨 발생, 가축들의 활동과 온풍기 등의 난방 등에 의한 습기, 이산화탄소, 열, 분진, 암모니아 등의 유해 물질이 발생한다.

축사 내부에 유해 물질과 분뇨 등이 방치되었을 경우, 기후 조건에 따라 많은 병을 야기하며, 이는 가축들의 생산성과 품질의 문제를 야기하게 된다.

예를 들어, 닭에 생기는 병 중 대장균증은 암모니아 가스 발생에 의해 야기되어 폐사를 일으키고, 사료 효율 저하 및 탈색란 발생 등의 문제를 야기한다.

이외에도 병아리 제대염 및 배꼽 염증과 같은 품질 저하를 야기하는 병들도 대부분 습기와 유해 가스가 원인이 되어 발생하게 된다.

따라서, 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 현실적으로 쉽게 취할 수 있는 수단으로는 환기를 들 수 있으며, 환기는 가축 사육에 필수적으로 필요하다.

하지만, 현재의 축사는 구조상 단열 구조가 빈약하고, 4계절이 뚜렷한 기후 조건으로 인해 가축의 사육 조건을 맞추기 위해 냉난방을 모두 고려해 주어야 하는 실정이다.

또한, 여름철 기후는 고온 다습하며, 겨울철은 저온 저습하여 계절별로 축사 내부의 온도 및 환경 조건을 적절하게 유지하는데 많은 비용이 소요되고 있다.

따라서, 이와 같은 문제를 해소하기 위해, 종래의 한국 등록특허 제10-1118280호(이하 '선행기술문헌1' 이라 한다)에는, 급기덕트와 배기덕트 및 정화부를 구비하는 실내부, 한 쌍의 열교환기를 구비하는 본체 및 실내부와 본체를 연결하는 연결덕트를 구비하는 축사 환기장치에 있어서, 정화부의 프레임 일측에 설치되는 케이스와 커버, 회전동력을 발생하는 모터, 상기 정화부의 필터에 쌓인 먼지 및 이물질을 긁어 내리도록 상기 모터의 회전동력을 이용해서 상기 커버에 형성된 가이드홈을 따라 직선 왕복운동하는 이동부재, 상기 이동부재에 의해 긁어 내려지는 먼지 및 이물질을 포집하는 포집함, 배기팬을 구동하는 모터의 회전수를 감지하여 감지신호를 발생하는 감지센서 및 상기 배기팬의 구동을 제어하는 기준 회전수와 상기 감지센서의 감지신호에 따른 실제 회전수를 비교하고, 비교 결과 상기 실제 회전수가 기준 회전수보다 작으면 상기 모터를 구동하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축사 환기장치의 탈진장치가 개시되어 있다.

이러한 선행기술문헌1은 축사 환기장치를 통해 외부로 배출되는 공기를 정화하고, 공기정화를 위해 구비된 필터에 쌓인 먼지 및 이물질을 브러쉬로서 제거한다.

하지만, 종래의 선행기술문헌1에서는 축사 내부에서 발생된 고온의 온실가스를 축사 외부로 배기시켜 단순히 축사 내부만을 환기시키는데, 이때 외부로 버려지는 온실가스과 더불어 고온의 열이 그대로 대기 중으로 방출되어 버려질 뿐 아니라 농작물에서 요구되는 필수 생육 조건인 이산화탄소 마저도 그대로 대기 중으로 방출되어 버려지는 단점이 있다.

이상 설명한 바와 같은 축사의 환기장치 및 환기방법에 대한 기술은 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

한국 등록특허 제10-1118280호

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 축사의 환기를 수행하는 동시에 축사에서 배기되는 공기 즉 온실가스 중에서 이산화탄소와 산소를 각각 분리하여 포집하고 축사로 공급되는 외기에는 온실가스에서 포집한 산소를 공급하여 줌으로써 에너지를 재활용할 수 있는 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명의 다른 목적으로는, 축사로 공급되는 외기를 축사에서 배기되는 고온의 온실가스와 열교환하여 공급함으로써 버려지는 폐열을 이용하여 축사 내부의 온도를 고온으로 유지할 수 있도록 한 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템을 제공함에 있다.

상술한 목적은, 축사 내부에 설치되어 외기를 축사 내부로 공급하는 공급관; 축사 내부에 설치되어 축사 내부의 온실가스를 외부로 배기시키는 배기관; 및 축사의 외측에 구비되어 공급관과 배기관이 각각 연결되는 열교환기;를 포함하고, 열교환기 내부에는 공급관과 연통되는 흡기관로와, 배기관과 연통되는 배기관로가 각기 다른 관로로 형성되고, 흡기관로에는 흡기팬이 구비되며, 배기관로에는 배기팬이 구비되는 환기시스템에 의해 달성된다.

그리고, 열교환기 내부의 흡기관로와 배기관로는 적어도 2회 이상 교차하도록 형성되고, 열교환기에는 배기관로를 통해 배기되는 온실가스에서 이산화탄소와 산소를 포집하는 포집 모듈이 더 구비될 수 있다.

상기한 포집 모듈은, 베이스프레임과, 베이스프레임에 세워져 설치되는 마운팅프레임을 포함하는 모듈하우징 내에 이산화탄소 및 산소를 각각 포집하는 시스템을 모듈화하여 열교환기에 구비한 것으로서, 열교환기의 배기관로와 연결되어 열교환기에서 배기되는 온실가스를 압축하여 공급하는 제 1 컴프레서; 제 1 컴프레서에서 압축된 온실가스를 건조시켜 수분을 분리하는 드라이어; 드라이어를 통해 수분이 분리된 온실가스의 공급을 제어하는 공압밸브; 공압밸브를 통해 공급되는 온실가스에서 이산화탄소와 산소를 각각 분리하고, 분리된 이산화탄소와 산소를 각기 다른 경로로 배출시키는 멤브레인; 멤브레인에서 분리되어 배출된 이산화탄소가 저장되는 저장탱크; 멤브레인과 저장탱크 사이에 구비되어 저장탱크의 내부 압력에 따라 공압밸브의 작동을 제어하는 압력스위치; 저장탱크 내의 이산화탄소를 압축하여 배출시키는 제 2 컴프레서; 제 2 컴프레서와 멤브레인에서 각각 배출되는 이산화탄소와 공기를 일정한 유량으로 조절하여 배출시키는 유량제어부; 및 상기의 구성들을 제어하는 제어부;를 포함하고, 공압밸브에는 에어드라이어와 공압밸브를 연결하는 공급라인에서 분기되는 분기라인에 연결된 솔레노이드밸브가 구비되어 압력스위치에 의해 작동되면서 공압밸브를 개폐시킬 수 있다.

그리고, 에어드라이어의 전,후방에는 제 1,2 에어필터가 각각 구비되어 온실가스 중의 불순물을 필터링하여 제거할 수 있고, 유량제어부에는 일정한 유량으로 배출되는 이산화탄소 또는 공기 소음을 방지하는 사일런서가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템에 따르면, 축사를 환기시킴과 더불어 축사에서 배기되는 온실가스에 포함되어 있는 이산화탄소와 산소를 각각 분리하여 포집하는 한편 축사로 공급되는 외기에 온실가스에서 포집한 고농도의 산소를 공급하여 줌으로써 축사의 실내 공기를 쾌적하게 조성하여 가축을 건강히 사육할 수 있고, 버려지는 에너지를 재활용한 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템에 따르면, 축사로 공급되는 외기를 축사에서 배기되는 고온의 온실가스와 열교환하여 공급함으로써 버려지는 폐열의 에너지를 재활용하여 축사 내부의 온도를 고온으로 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 환기시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 환기시스템의 열교환기가 축사에 구비된 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 환기시스템에 구비되는 이산화탄소 포집 모듈의 결합도이다.
도 5는 도 4의 반대편 측에서 본 결합도이다.
도 6은 도 4의 평면도이다.
도 7은 도 4의 분리도이다.
도 8은 본 발명에 따른 포집 모듈의 내부 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 멤브레인의 분리도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면 도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 환기시스템 및 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 도시한 도면들이다.

본 발명에 따른 환기시스템은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 축사(200)의 외측에 설치되어 구비되는 열교환기(230)와, 열교환기(230)에 연결되어 배기되는 온실가스 중의 이산화탄소와 산소를 각각 포집하는 포집 모듈을 포함한다.

열교환기(230)는 축사(200)의 외측에 구비되고, 축사(200)의 내부에는 외기를 축사(200) 내부로 공급하는 공급관(210)과, 축사(200) 내부의 온실가스를 외부로 배출하는 배기관(220)이 각각 구비된다.

이와 같은 공급관(210)과 배기관(220)은 도 2에서와 같이, 축사(200)의 내측 상부에 구비되고, 그 단부는 축사(200) 외측으로 돌출되어 열교환기(230)에 각각 연결되어 구비된다.

한편, 열교환기(230)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 내부에 공급관(210)과 연통되는 흡기관로(232)와, 배기관(220)과 연통되는 배기관로(234)가 각기 다른 관로로서 굴곡 형성되고, 이와 같이 형성된 흡기관로(232)와 배기관로(234)는 적어도 2회 이상 교차되게 형성된다.

따라서, 흡기관로(232)를 통해 축사(200) 내부로 공급되는 외기와 배기관로(234)를 통해 외부로 배출되는 고온의 온실가스가 여러 번에 걸쳐 교차되면서 상호 열교환되어 열전달 효율을 높일 수 있고, 이와 같이 고온의 온실가스에서 열을 전달받은 외기는 축사(200) 내로 공급되어 축사(200) 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

그리고, 흡기관로(232)의 토출 단부에는 흡기팬(235)이 구비되고, 배기관로(234)의 토출 단부에는 배기팬(236)이 구비된다.

따라서, 흡기팬(235)에 의해 외기가 흡기관로(232)로 강제 흡입되어 축사(200) 내부로 신속히 공급되고, 배기팬(236)에 의해 축사(200) 내부의 온실가스가 배기관로(234)로 강제 흡입되어 외부로 신속하게 배출된다.

또한, 축사(200) 반대편의 열교환기(230)에는 흡기관로(232)와 연통되는 흡기포트(231)와, 배기관로(234)와 연통되는 배기포트(233)가 각각 형성되고, 특히 배기포트(233)에는 배기관로(234)를 통해 배기되는 축사(200)의 온실가스에서 이산화탄소와 산소를 포집하는 포집 모듈이 구비된다.

한편, 상기와 같은 포집 모듈에서 포집된 산소는 열교환기(230)로 외기가 흡입될 때, 외기 중에 혼합하여 공급함으로써 축사(200) 내부의 공기를 쾌적하게 조성할 수 있다.

이러한 포집 모듈은 도 1 및 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 열교환기(230)의 배기포트(233)에 연결되어 축사(200)로부터 열교환기(230)의 배기관로(234)를 지나 배기포트(233)로 배출되는 온실가스에 포함되어 있는 이산화탄소와 산소를 포집하는 포집시스템을 일체로 모듈화한 것이다.

즉, 포집 모듈은, 사각형상의 베이스프레임(2)과, 베이스프레임(2) 위에 수직하게 세워진 상태로 설치되는 평행한 복수의 마운팅프레임(3)과, 베이스프레임(2) 위의 각 코너부에 수직하게 세워진 상태로 설치되는 다수의 수직프레임 및 이 수직프레임을 상호 연결하는 다수의 수평프레임으로 구성되는 지지프레임(4)을 포함하는 모듈하우징(1) 내에 이산화탄소 및 산소를 포집하는 포집시스템을 구비하여 모듈화할 수 있다.

이와 같이 포집 모듈은 모듈화되어 이의 이동이 용이하므로 온실가스가 발생되는 시설이나 장치에 간편하게 구비할 수 있는데, 본 발명에서는 포집 모듈을 축사(돈사, 계사 등을 모두 포함한다)에 구비된 열교환기(230)에 연결하여 구비한 것을 예시하여 설명하고, 포집 모듈에 의해 포집된 이산화탄소는 이를 필요로 하는 시설 즉 농작물을 재배하는 하우스 등에 공급할 수 있다.

한편, 상기와 같은 모듈하우징(1)의 각 지지프레임(4) 사이에 개폐가능한 격판(미도시)을 설치하여 포집시스템을 모듈하우징(1) 내에 구비할 수 있고, 이와 같이 모듈화된 포집 모듈을 차량에 구비하면 이동이 용이하여 포집 모듈의 이용성 및 범용성을 극대화할 수 있게 된다.

그리고, 상기와 같이 모듈하우징(1) 내에 구비되어 모듈화되는 포집 모듈은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 컴프레서(20)와, 에어드라이어(30), 공압밸브(60), 멤브레인(70), 저장탱크(90), 제 2 컴프레서(100) 등을 포함하고, 이러한 구성들은 모두 공급라인으로 연결되어 구비된다.

제 1 컴프레서(20)는 열교환기(230)의 배기포트(233)와 연결되어 축사(200)에서 발생되어 열교환기(230)의 배기포트(233)로 배출되는 온실가스를 유입하여 압축하는 것으로, 베이스프레임(2)의 일측에 고정되게 구비된다. 이와 같이 제 1 컴프레서(20)에서 압축된 온실가스는 제 1 컴프레서(20)의 하부에 구비된 별도의 에어탱크(10)에 압축 저장된다.

특히, 열교환기(230)와 제 1 컴프레서(20) 사이에는 도면에는 도시되지 않았지만, 제 1 컴프레서(20)로 유입되는 온실가스 중의 분진을 걸러내는 헤파필터와, 악취를 제거하는 탄소필터가 차례로 구비되어, 헤파필터에서 온실가스 중의 분진을 먼저 걸러낸 후, 탄소필터에서 악취를 제거하게 됨으로써 온실가스의 필터링 효과를 극대화할 수 있게 된다.

그리고, 에어드라이어(30)는 제 1 컴프레서(20)의 일측에 구비되어, 온실가스 중에 포함되어 있는 수분을 건조시켜 공기와 수분을 분리하고, 수분이 분리된 공기를 공압밸브(60)로 공급한다.

한편, 이러한 에어드라이어(30)의 전,후방에는 제 1,2 에어필터(31)(32)가 각각 구비될 수 있고, 전방의 제 1 에어필터(31)는 에어드라이어(30)로 공급되는 온실가스 중의 불순물을 걸러내 제거하며, 후방의 제 2 에어필터(32)는 수분이 분리된 공기 중의 불순물을 또다시 걸러내 제거하게 된다.

따라서, 불순물과 수분이 제거된 순수한 공기를 공압밸브(60) 측으로 공급할 수 있게 된다.

공압밸브(60)는 에어드라이어(30)의 상부에 구비되어 에어드라이어(30)에서 불순물과 수분이 제거된 공기를 멤브레인(70)으로 공급하게 되는데, 공압밸브(60)는 후술될 이산화탄소가 저장되는 저장탱크(90)의 내부 압력에 따라 개폐되어 멤브레인(70)으로의 공기 공급을 제어하게 된다.

그리고, 공압밸브(60)와 제 2 에어필터(32) 사이의 공급라인에는 제 1 레귤레이터(40)와 제 1 볼밸브(41)가 구비되고, 제 1 레귤레이터(40)는 멤브레인(70)으로 공급되는 공기를 적정 압력으로 공급하기 위한 것이며, 제 1 볼밸브(41)는 공급라인을 일방향으로 개방시켜 멤브레인(70)으로 공급된 공기의 역류를 방지하는 체크밸브와 같은 일방향 밸브이다.

한편, 상기와 같은 공압밸브(60)는 그 일측에 구비되는 솔레노이드밸브(61)에 의해 작동되어 공급라인을 개폐시키게 되는데, 이러한 솔레노이드밸브(61)는 공급라인으로 공급되는 공기 중의 일부를 분기시키는 분기라인 상에 구비된다.

따라서, 분기라인으로 분기된 일부의 공기는 닫힌 솔레노이드밸브(61)에 의해 정체되어 있다가 후술될 압력스위치(80)에 의해 솔레노이드밸브(61)가 작동되어 개방됨에 따라 공압밸브(60)로 소량 공급되어 공압밸브(60)를 작동시키게 된다.

이와 같이 공급되는 공기 즉 온실가스의 일부를 분기시켜 공압밸브(60)를 작동시키는 작동원으로 이용함으로써 설치 및 유지보수가 용이할 뿐 아니라 별도의 작동원을 사용하지 않으므로 시스템의 구조를 단순화할 수 있고, 유지보수비를 절감시킬 수 있다.

그리고, 상기와 같이 솔레노이드밸브(61)로 일부의 공기를 분기시키는 분기라인은 제 2 에어필터(32)와 솔레노이드밸브(61)를 연결하고, 분기라인 상에는 제 2 레귤레이터(50)와 제 2 볼밸브(51)가 구비되며, 제 2 레귤레이터(50)와 제 2 볼밸브(51)는 전술한 제 1 레귤레이터(40)와 제 1 볼밸브(41)와 동일한 구조로 동일한 작동을 하므로 이의 반복되는 설명은 생략한다.

한편, 상기와 같은 솔레노이드밸브(61)는 후술될 압력스위치(80)와 전기적으로 연결되어 압력스위치(80)에 의해 이의 작동이 제어되고, 이에 대한 자세한 설명은 압력스위치(80)의 설명에서 하기로 한다.

멤브레인("멤브레인 필터"라고도 하나, 본 발명에서는 "멤브레인"이라 한다)(70)은 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 베이스프레임(2) 위에 수직하게 구비된 복수의 마운팅프레임(3)에 고정되게 설치되어 구비된다.

이러한 마운팅프레임(3)의 상,하부에는 평판의 마운팅플레이트(3a)가 각각 구비되고, 마운팅플레이트(3a)에는 일방향으로 개구되는 한편 그 내주면이 멤브레인(70)의 외주면에 대응한 곡률로서 형성된 삽입구(3b)가 형성된다.

그리고, 멤브레인(70)에는 마운팅플레이트(3a)의 상면 또는 하면에 위치되어 마운팅플레이트(3a)와 겹치지는 고정브라켓(71)이 돌출되게 구비된다.

따라서, 멤브레인(70)을 마운팅플레이트(3a)의 각 삽입구(3b)로 삽입시켜 구비하면, 멤브레인(70)의 고정브라켓(71)이 마운팅플레이트(3a)의 상면 또는 하면에 겹쳐지게 구비된 상태에서 볼트와 너트로서 체결되어 결합 고정된다.

한편, 상기와 같이 구비되는 멤브레인(70)은 베이스프레임(2) 상에 수직하게 세워진 상태로 구비되고, 이와 같이 구비되는 양 멤브레인(70)은 그 하단부에 공급라인이 분기되어 연결되고, 하부에는 공기에서 분리된 이산화탄소가 배출되는 이산화탄소 배출라인(72)이 연결되며, 상단부에는 공기에서 분리된 산소가 배출되는 산소 배출라인(73)이 연결되어 구비된다.

특히, 상기와 같이 이산화탄소 및 산소 배출라인(72)(73)을 각각 멤브레인(70)의 하부와 상부에 각각 구비한 이유는, 이산화탄소가 산소보다 무거우므로 공기에서 분리된 이산화탄소는 멤브레인(70)의 내측 하부로 가라앉고, 공기에서 분리된 산소는 상부로 이동되는 성질을 이용한 것이다. 따라서, 상기와 같이 이산화탄소 배출라인(72)은 멤브레인(70)의 하부에 연결하고, 산소 배출라인(73)은 멤브레인(70)의 상단부에 연결함으로써, 이산화탄소 및 산소의 포집 효율을 극대화할 수 있게 된다.

이러한 이산화탄소 배출라인(72)과 산소 배출라인(73)은 각 멤브레인(70)에서 인출되어 하나의 배출라인으로 합쳐진 상태로, 이산화탄소 배출라인(72)은 후술될 저장탱크(90)에 연결되고, 산소 배출라인(73)은 후술될 제 2 유량제어부(122)에 연결된다. 물론, 본 발명의 도면에는 도시되지는 않았지만, 공기에서 분리되어 포집된 산소 역시도 제 2 유량제어부(122)를 지나 별도의 저장탱크에 저장하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 복수의 멤브레인(70) 중 일측의 멤브레인(70)에서는 공기 중의 이산화탄소만을 포집하고, 타측의 멤브레인(70)에서는 공기 중의 산소를 별도로 각각 포집할 수 있도록 구비할 수도 있다.

그리고, 또 다른 예로는, 본 발명에서와 같은 포집 모듈을 복수개로 구비하여, 일측의 포집 모듈에서는 공기 중의 이산화탄소만을 포집하고, 타측의 포집 모듈에서는 공기 중의 산소를 포집하도록 구성할 수도 있다.

저장탱크(90)는 통상의 봄베와 같은 구조로서, 전술한 에어탱크(10)와 인접한 베이스프레임(2) 상에 고정되게 구비되고, 그 내부에는 멤브레인(70)에서 공기와 분리된 이산화탄소가 유입되어 저장된다.

여기서, 전술한 바와 같이 공기에서 분리된 산소가 저장되는 저장탱크가 별도로 구비됨이 바람직하고, 산소가 저장되는 저장탱크는 본 실시예에서의 이산화탄소가 저장되는 저장탱크와 동일한 작동과 기능을 하므로 본 실시예에서는 이산화탄소가 저장되는 저장탱크(90)의 설명으로 산소가 저장되는 저장탱크의 설명을 갈음하기로 한다.

특히, 상기와 같이 이산화탄소가 저장되는 저장탱크(90)는 압력스위치(80)에 의해서 그 내부 압력이 조절된다.

즉, 저장탱크(90)와 멤브레인(70) 사이의 공급라인에는 압력스위치(80)가 구비되고, 이 압력스위치(80)는 저장탱크(90) 내의 압력이 일정압력(이하 "8bar"로 가정하여 설명한다) 이상이 될 때, 공압밸브(60)를 작동시켜 공기의 공급라인을 닫아 폐쇄시키게 된다.

따라서, 멤브레인(70)으로 공기의 공급이 차단됨으로써 저장탱크(90)에는 이산화탄소가 더이상 유입되지 못하므로 저장탱크(90) 내부의 압력 상승을 방지할 수 있고, 후술될 제 2 컴프레서(100)의 작동으로 저장탱크(90) 내부의 압력을 떨어뜨리게 된다.

한편, 저장탱크(90)의 내부 압력이 8bar 이상이 되면, 압력스위치(80)가 작동되고, 압력스위치(80)의 작동에 의해 압력스위치(80)와 전기적으로 연결된 솔레노이드밸브(61)가 작동되어 개방됨으로써 분기라인으로 유입된 소량의 공기가 공압밸브(60)로 공급되며, 공기의 공급으로 공압밸브(60)가 작동되어 공급라인을 닫아 폐쇄시키게 된다.

물론, 공압밸브(60)가 공급라인을 폐쇄시킬 때, 제 1 컴프레서(20)는 공압밸브(60)와 연동되어 작동이 중지됨이 바람직하다.

저장탱크(90)의 상부에 연결되어 구비되는 제 2 컴프레서(100)는 저장탱크(90) 내부의 압력이 8bar 이상이 되면 작동될 수 있다.

이와 같이 작동되는 제 2 컴프레서(100)는 별도의 스위치를 통해서 작동될 수도 있고, 또는 압력스위치(80)의 작동과 연동하여 작동될 수 있으며, 압력스위치(80)와 연동되는 경우에는 안전장치의 기능을 갖게 된다.

제어부(120)는 멤브레인(70)과 인접한 베이스프레임(2) 상에 수직하게 세워진 상태로 구비되어, 상기와 같은 포집 모듈 및 이를 구성하는 모든 구성들의 작동을 제어하게 된다.

그리고, 제어부(120)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부로 배출되는 이산화탄소와 산소를 일정한 유량으로 배출시키는 유량제어부(121)(122)가 각각 더 포함된다.

제 1 유량제어부(121)는 제 2 컴프레서(100)와 연결되어 이산화탄소를 일정한 유량으로 배출시키고, 제 2 유량제어부(122)는 멤브레인(70)의 산소 배출라인(73)에 구비되어 산소를 일정한 유량으로 배출시키며, 산소 배출라인(73)에는 제 2 유량제어부(122)를 통해 배출되는 공기의 소음 발생을 방지하기 위한 사일런서(110)가 더 구비된다.

이와 같은 사일런서(110)는 이산화탄소가 배출되는 제 1 유량제어부(121)에도 구비할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 이산화탄소 및 산소 포집 모듈을 갖는 환기시스템의 작동관계를 설명한다.

먼저, 축사(200)의 외측에 구비된 열교환기(230)의 배기포트(233)에 포집 모듈의 제 1 컴프레서(20)를 연결하여 설치한다.

이 상태에서 열교환기(230)를 작동시키면, 배기관로(234)에 구비된 배기팬(236)이 구동되어 축사(200) 내에서 발생된 고온의 온실가스를 배기관(220)으로 유입시키고, 배기관(220)으로 유입된 온실가스는 열교환기(230)의 배기관로(234)를 통해 배기포트(233)에 연결된 포집 모듈의 제 1 컴프레서(20)로 유입된다.

그리고, 상기와 같은 배기팬(236)의 구동시 흡기관로(232)에 구비된 흡기팬(235) 역시도 구동되어 외기를 흡기포트(231)를 통해 흡기관로(232)로 유입시키고, 흡기관로(232)로 유입된 외기는 축사(200)의 공급관(210)을 통해 축사(200) 내부로 공급된다. 이때, 흡기포트로 외기가 흡입될 시 후술될 포집 모듈에서 포집된 고농도의 산소를 외기와 혼합하여 흡기포트로 공급할 수 있고, 이와 같은 고농도의 산소가 외기와 혼합되어 축사 내부로 공급됨으로써 축사 내부의 공기는 쾌적하게 조성할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 흡기관로(232)를 유동하는 외기는 배기관로(234)를 유동하는 고온의 온실가스와 교차되면서 열전달이 이루어져 외기는 고온 상태로 축사(200) 내부로 공급되어 축사(200) 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 온실가스는 저온 상태로 포집 모듈의 제 1 컴프레서(20)로 유입되어 압축된다.

그리고, 상기와 같이 제 1 컴프레서(20)로 유입된 저온 상태의 온실가스는 제 1 컴프레서(20)에 의해 압축되어 에어탱크(10)에 저장된 후, 에어드라이어(30) 측으로 공급된다.

이때, 에어드라이어(30)로 공급되는 온실가스는 제 1 에어필터(31)를 지나면서 공기 중의 불순물이 재차 걸러져 제거되고, 에어드라이어(30)를 통과하면서 공기 중의 수분이 건조되며, 수분이 분리된 공기는 제 2 에어필터(32)를 통과하면서 공기 중의 불순물이 또다시 걸러져 제거된다.

이와 같이 수분과 불순물이 제거된 공기는 공급라인 상의 제 1 레귤레이터(40)와 제 1 볼밸브(41)를 지나 공압밸브(60)로 공급되고, 일부의 공기는 공급라인에서 분기된 분기라인으로 유입되어 제 2 레귤레이터(50)와 제 2 볼밸브(51)를 지나 솔레노이드밸브(61)로 공급된 상태가 된다.

물론, 이때의 공압밸브(60)는 공급라인을 개방시킨 상태로 공급라인 상의 공기는 공압밸브(60)를 지나 멤브레인(70)으로 유입되어 이산화탄소와 산소로 각각 분리된다.

한편, 상기와 같이 분리된 이산화탄소는 멤브레인(70)의 내측 하부로 가라앉아 멤브레인(70) 하부와 연결된 저장탱크(90)로 유입되어 저장되고, 산소는 멤브레인(70)의 내측 상부로 이동되어 멤브레인(70) 상단부에 연결되는 제 2 유량제어부(122)를 통해 일정 유량으로 조절되어 사일런서(110)를 통해 배출되어 별도의 저장탱크에 저장되며, 이와 같이 포집된 산소는 전술한 바와 같이 열교환기(230)를 통한 외기의 공급시 외기에 혼합하여 축사(200) 내부로 공급하여 축사(200) 내부의 공기를 쾌적하게 조성할 수 있게 된다.

그리고, 상기와 같은 작동으로 저장탱크(90)에 이산화탄소가 지속적으로 공급되어 저장탱크(90)의 내부 압력이 8bar에 도달되면, 압력스위치(80)가 작동되어 닫혀 있던 솔레노이드밸브(61)를 개방시키고, 이에 분기라인 상에 정체되어 있던 공기가 솔레노이드밸브(61)의 개방으로 인해 공압밸브(60) 측으로 소량 공급되어 공압밸브(60)를 작동시키게 되며, 작동된 공압밸브(60)는 공급라인을 닫아 폐쇄시키게 된다.

이와 같이 공압밸브(60)가 공급라인을 폐쇄함과 동시에 제 1 컴프레서(20)의 작동이 정지되므로 멤브레인(70)으로 더 이상의 공기 유입은 차단된다.

이 상태에서 제 2 컴프레서(100)를 작동시켜 저장탱크(90) 내에 저장된 이산화탄소를 배출하되, 이와 같이 배출되는 이산화탄소는 이산화탄소가 필요한 농작물이 재배되는 하우스 등에 공급할 수 있다.

이후, 저장탱크(90) 내의 압력이 8bar 미만으로 떨어지게 되면, 압력스위치(80)와 솔레노이드밸브(61)가 역작동되어 분기라인을 폐쇄시키고, 이와 같은 솔레노이드밸브(61)의 역작동에 의해 공압밸브(60)가 연동되어 공급라인을 개방시키게 되며, 제 1 컴프레서(20) 역시도 재작동되어 전술한 바와 같은 이산화탄소와 산소의 포집 작동을 다시 하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 및 산소 포집 모듈은 모듈화되어 이동 설치가 용이하므로 다량의 온실가스가 발생되는 축사 등에 간편하게 설치 및 분리할 수 있고, 이로 인해 이산화탄소 및 산소 포집 모듈의 이용성 및 범용성을 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

1 : 모듈하우징 2 : 베이스프레임
3 : 마운팅프레임 3a : 마운팅플레이트
3b : 삽입구 4 : 지지프레임
10 : 에어탱크 20 : 제 1 컴프레서
30 : 에어드라이어 31,32 : 에어필터
40,50 : 레귤레이터 41,51 : 볼밸브
60 : 공압밸브 61 : 솔레노이드밸브
70 : 멤브레인 71 : 고정브라켓
72 : 이산화탄소 배출라인 73 : 산소 배출라인
80 : 압력스위치 90 : 저장탱크
100 : 제 2 컴프레서 110 : 사일런서
120 : 제어부 121,122 : 유량제어부
200 : 축사 210 : 공급관
220 : 배기관 230 : 열교환기
231 : 흡기포트 232 : 흡기관로
233 : 배기포트 234 : 배기관로
235 : 흡기팬 236 : 배기팬

Claims

축사 내부에 설치되어 외기를 축사 내부로 공급하는 공급관;
축사 내부에 설치되어 축사 내부의 온실가스를 외부로 배기시키는 배기관; 및
축사의 외측에 구비되어 공급관과 배기관이 각각 연결되는 열교환기;를 포함하고,
열교환기 내부에는 공급관과 연통되는 흡기관로와, 배기관과 연통되는 배기관로가 각기 다른 관로로 형성되고,
흡기관로에는 흡기팬이 구비되며, 배기관로에는 배기팬이 구비되되,
열교환기에는 배기관로를 통해 배기되는 온실가스에서 이산화탄소와 산소를 포집하는 포집 모듈이 더 구비되고,
포집 모듈은, 베이스프레임과, 베이스프레임에 세워져 설치되는 마운팅프레임을 포함하는 모듈하우징 내에 이산화탄소 및 산소를 각각 포집하는 시스템을 모듈화하여 열교환기에 구비한 것으로서,
열교환기의 배기관로와 연결되어 열교환기에서 배기되는 온실가스를 압축하여 공급하는 제 1 컴프레서;
제 1 컴프레서에서 압축된 온실가스를 건조시켜 수분을 분리하는 드라이어;
드라이어를 통해 수분이 분리된 온실가스의 공급을 제어하는 공압밸브;
공압밸브를 통해 공급되는 온실가스에서 이산화탄소와 산소를 각각 분리하고, 분리된 이산화탄소와 산소를 각기 다른 경로로 배출시키는 멤브레인;
멤브레인에서 분리되어 배출된 이산화탄소가 저장되는 저장탱크;
멤브레인과 저장탱크 사이에 구비되어 저장탱크의 내부 압력에 따라 공압밸브의 작동을 제어하는 압력스위치;
저장탱크 내의 이산화탄소를 압축하여 배출시키는 제 2 컴프레서;
제 2 컴프레서와 멤브레인에서 각각 배출되는 이산화탄소와 공기를 일정한 유량으로 조절하여 배출시키는 유량제어부;를 포함하고,
공압밸브에는 에어드라이어와 공압밸브를 연결하는 공급라인에서 분기되는 분기라인에 연결된 솔레노이드밸브가 구비되어 압력스위치에 의해 작동되면서 공압밸브를 개폐시키는 환기시스템.
청구항 1에 있어서,
열교환기 내부의 흡기관로와 배기관로는 적어도 2회 이상 교차하도록 형성되는 환기시스템.
청구항 1에 있어서,
에어드라이어의 전,후방에는 제 1,2 에어필터가 각각 구비되어 온실가스 중의 불순물을 필터링하여 제거하는 환기시스템.
청구항 1에 있어서,
유량제어부에는 일정한 유량으로 배출되는 이산화탄소 또는 공기 소음을 방지하는 사일런서가 더 구비되는 환기시스템.
삭제
삭제